引 言
液固流化床具有溫度分布均勻、傳遞性能好和反應效果佳等諸多優(yōu)勢，已被廣泛地應用于化工、冶金和水處理等工業(yè)領(lǐng)域。由于流化床內(nèi)顆粒流體系統(tǒng)非線性、結(jié)構(gòu)不均勻性和流域多態(tài)性，至今還沒有比較系統(tǒng)的理論，更缺乏反應器放大與設計的普遍方法，由此導致液固流態(tài)化反應器的設計放大仍然依賴于傳統(tǒng)的經(jīng)驗方法，所以系統(tǒng)地研究該床內(nèi)流動特性具有極其重要的理論指導意義和實踐應用價值。在眾多的研究方法中，流態(tài)化質(zhì)量的評價被認為是放大和設計多相流反應器的一個重要指標。其中，床層塌落技術(shù)以其簡便易行的特點被普遍應用。迄今為止，絕大多數(shù)的研究是在實驗基礎(chǔ)上，提出經(jīng)驗關(guān)聯(lián)或半經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式。
近年來，隨著多相流計算流體動力學的發(fā)展，采用數(shù)值模擬方法分析流化床內(nèi)床層塌落特性已得到學術(shù)界的廣泛關(guān)注。為此，本模擬采用Foscolo和Gibilaro的顆粒床模型，在商業(yè)化軟件平臺上，詳細模擬了液固流化床的床層動態(tài)塌落過程，旨在為實際過程開發(fā)提供相關(guān)理論參考。
1 床層塌落過程的理論分析
液相含率為ε1的液固流化床達到平衡狀態(tài)時對應于一個特定的液體速度U1，此時固體顆粒均勻穩(wěn)定地分散在床內(nèi)，對于單一固體顆粒來說，它所受浮力和曳力之和等于自身的質(zhì)量。當液體速度突然減小到U2時，床內(nèi)局部固體顆粒所受曳力減小，開始加速下降，這種加速行為導致顆粒受到的阻力增大，并最終達到新的平衡，液相含率為占ε2。由于加速過程持續(xù)時間很短，因而床層內(nèi)部呈現(xiàn)分層現(xiàn)象，上部區(qū)域液相含率ε1保持不變，而下部區(qū)域液相含率增大到ε2，兩區(qū)域間的過渡部分非常小，可近似為一個面，本文稱為“分隔界面”。該界面隨著時間的推移逐漸上升，最終達到床層頂部，整個床層達到新的平衡，床內(nèi)液相含率ε2。圖1為塌落過程中的床層動態(tài)圖，圖2為床層表面和分隔界面的動態(tài)描述。
在圖1中，總床高LB和分隔界面高L1都是時間的函數(shù)。塌落過程中，流體流速在下部....
